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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流梁宝寺能源有限责任公司副井井筒自动监测系统1.精品文档.梁宝寺能源有限责任公司副井井筒自动监测系统方案设计与施工组织煤炭工业济南设计研究院有限公司二七年十月目 录1 井筒破坏简述11.1 井筒破坏现状及特征11.2 井筒破坏机理21.3 井筒监测的必要性32 矿井概况33 测点布置及安装方法43.1 副井测点布置43.2 安装方法44 监测系统44.1 系统组成及工作原理44.2 主要技术指标55 系统建设的任务、组织和服务承诺75.1 任务75.2 组织75.3 承诺76 近几年井筒监测系统项目一览表87 施工组织设计97.1 劳动组织和进
2、度安排97.2 施工质量保证措施107.3 施工安全技术措施108 系统工程经费预算148.1 公共费用148.2 副井系统主要仪器及辅助材料费用141 立项依据1.1 国内外研究现状立井冻结段井壁的压力分布与变形演化规律的研究，一直是学术理论界和工程实践界共同关注的问题，我国早在上世纪70年代就进行过冻结井壁结构的压力和变形测试，取得了一定的成果，为我国的冻结井筒设计、施工和安全运营提供了珍贵经验。但是，当时的传感器的防（压力）水性能、低温或大变温等恶劣的环境下工作的性能比较差，稳定性差，持续工作时间短；二次仪表的测试精度和自动化程度也远不如现在高。再则以往的井筒冻结段的深度多数在200米左
3、右，而且，由于工程地质条件、水文地质条件、冻结工艺等方面的因素不同，冻结井壁的压力和变形规律存在较大的差异。正是由于以上复杂原因，至今没有成熟、可靠的有关冻结井壁的变形演化和安全控制的理论和方法。由于缺乏成熟的或者说完善的理论指导，我国上世纪八十年代出现大量的井壁破裂事故，为了治理破裂井壁，二十多年来国家投入了大量的财力和人力进行井壁破裂机理和破裂防治的研究，总结出井壁产生灾害性破坏的主要规律如下：（1）在已破裂的井筒中，采用冻结法施工约占90%；井筒净径在3.57.8m之间；井壁厚度在2001700mm之间。（2）多数井壁在投产13年出现破坏变形乃至破坏现象。（3）井壁破裂部位均在第四系表土
4、层底部含水层段，也有深入到其下的基岩强风化带内0.52.0m的情况。一般破坏段高度115m之间。（4）破裂形态大都呈水平环状，井壁砼剥落掉块，钢筋内凸，破裂处可见渗水、涌水现象，严重的有涌水冒砂现象（张双楼副井）；金属罐道弯曲变形，严重影响矿井提升安全；有时井壁出现应力集中释放而快速破裂，伴有巨大响声（田庄主井、童亭主井）。（5）表土层厚150m以上的已破坏井筒在治理后，发生重复破坏现象（杨村矿的井筒已发生第三次破坏现象）。（6）井筒第四系松散层水文地质工程地质条件及其变化特征：破裂井筒都穿过第四系深厚表土层，其松散层厚度最薄78.6m，最厚440.8m（淮南潘三西风井）；表土层厚150m以上
5、的井筒占85%以上；表土层结构复杂，各层的厚度特别是对井壁破裂起关键作用的底部含水层，在其结构、厚度等方面各矿区有所不同；但其共同特点是：深部和浅部含水层水位同时下降，致使井筒周围地表都有一定程度的下沉。通过物理模拟实验和数值分析，初步探索了出现种类不同特征下的井壁破坏灾害的主要原因，并给出了相应的治理措施，这些原因和措施可以归纳为：(1) 通过室内模拟实验，分析冻结井筒破裂原因，提出“抗”、“让”、“减”井壁破裂的治理和预防技术路线。有不少论文从工程、水汶地质的角度论述了地层过量排水引起地面沉降造成井壁的机制认定了井壁“负摩擦力”产生的原因、计算方法及其危害。(2) 研究温度变化对井壁强度的
6、影响，认识到变温使井壁与周围土体变形不协调而产生负摩擦力；通过对原状土和冻融土的物理、力学性能的试验研究，得知土冻结融化后其物理、力学性能发生了很大的改变，应用现代力学理论和热力学理论，分析冻结井壁冻结和融化阶段的土体膨胀、固结规律，探索由此产生井壁附加荷载的机理、井壁破裂的原因及其治理方法。(3) 利用大型通用结构分析软件ANSYS进行了深厚表土中井壁结构的弹塑性数值模拟计算，得到钢筋混凝土井壁破裂的过程、井壁内部应力、应变的动态变化规律，探讨了井壁结构与深厚围岩(土)耦合作用机理。(4) 结合系列破裂井壁加固处理的工程实践，研究了井壁的破裂原因，总结了井壁破裂加固处理经验方法，指出了当前井
7、壁结构设计中存在的问题及其对策，研究了卸压槽治理井壁破裂的机理。(5) 针对两淮地区深冻结井中冻结壁位移过大，造成冻结管断裂的问题，建立数学模型模拟分析冻结壁位移分布规律，找出停止掘进时冻结壁位移与其影响因素段高、冻结壁厚度、工作面冻实情况、冻结壁平均温度、冻结壁暴露时间、地压之间的关系；提出了实际掘进过程中冻结壁位移的分段叠加计算方法和适合本矿区的、以冻结壁位移为基本控制参数的井筒施工优化设计方法。以上成果对煤矿立井井壁破裂机理有了较系统的认识，获得了破裂井壁治理的有效方法，为深立井的井壁结构合理设计提供了有益指导，但一般是在某些特定的条件和简化下获得的，有一定的区域性和局限性，问题并没有得
8、到根本解决。目前，掌握井壁变形演化规律，评价井壁的安全状态的主要途径仍然是现场测试与理论分析相结合的方法。1.2 井壁测试与动态安全评价的必要性梁宝寺煤矿井筒，冻结深度达461米，粘土层占表土总厚度的85.7%，且大部分属低含水率、高液限(高达75.5%)、高塑性指数(大于18%)，冻结膨胀性大的粘土层，井筒受力状态复杂、影响井筒稳定性因素较多，随机性大。利用以往井壁破坏灾害研究成果，结合本矿的地质、水文条件和对本矿主、副井筒已出现小型开裂的观察等资料综合分析表明，本矿井壁存在“井壁破坏灾害”的条件和隐患。可见，对本矿井壁进行长期监测和动态安全评价，及时发现隐患，排除灾害性破坏，确保井筒安全生
9、产是十分必要的。1.3 井壁动态安全评价和“险情”预报的可行性从井壁出现小型裂隙到井壁发生灾害性破坏，是井壁材料损伤裂隙演化过程，在这个演化过程中，会伴随着井壁压缩或开裂逐渐加剧、井筒整体畸变、罐道梁纵向扭曲、地层下沉、水位下降、井架偏斜等现象的发生和发展。这些现象开始都是轻微的，人工看不见、觉不着，当有明显的人工视觉和感觉时，井壁灾害性破坏即将来临，井筒停产翻修不可避免。通过仪器检测，对主要现象进行数值化和可视化处理，可以随时监测到这些现象发展状态，结合理论分析，评价井壁的安全状态，提出井壁出现灾害性破坏的临界值。经过程序化处理，工程管理人员就能随时掌握井筒的安全状态，及时采取相应措施加固可
10、能发生灾害性破坏的井壁，避免事故发生。井壁的位移是其裂隙演化过程最直观的显现，当井壁的位移累积到某极限值时或移位增量速度到达某极限时，井筒的安全状态就会发质的变化，其井壁变形向灾害性破坏转变。所以，利用井壁从微小位移到“灾害性破坏”这一过程特性，通过井壁位移测试系统，结合理论分析，建立井壁安全评价的函数和预测准则，对井筒进行安全监测和灾害预报不仅技术上是完全可行，而且经济是最合理的。2 研究内容1、井筒安全评价体系指标和事故预报准则研究；2、异常井壁位移监测和自动报警信息化智能系统实施研究；3、“灾害性破坏”井壁的防治措施与方法研究。3 测点布置及安装方法3.1 副井测点布置具体测点布置在约垂
11、深145m、157m、212m 三个水平，每个水平设置4个监测点，每个监测点处安装2个位移传感器（纵向、径向各1个），共计24个测点。（1）垂深145m的破坏段在管道梁上方1米左右处，裂缝主要走向东南；（2）垂深157m的破坏段在管道梁中间左右处，裂缝主要走向东南；（3）垂深212m的坡坏段在管道梁上方1米左右处，裂缝主要走向东西及东北。3.2 安装方法活动杆位移传感器下基点上基点位移传感器基准钢棒钢棒上基点下基点纵向变形测量径向变形测量4 监测系统4.1 系统组成及工作原理如图4-1所示，系统主要由各种智能传感器(如智能位移传感器、智能倾斜传感器、智能混凝土应变传感器等)、监测分站、通信线路
12、、通信接口及计算机组成，分布在各测点的智能传感器完成被测量（如卸压槽压缩量、伸缩罐道压缩量、井壁压缩量、井壁应变量、井架偏斜量、排水管伸缩节压缩量）的数据，并通过一条公共传输线路（传感器级M-BUS总线：四芯电缆，其中两根供电，两根通信）将测量数据发送给监测分站，再由监测分站通过另一条公共传输线路（分站级RS485总线：两芯电缆）远传至地面监控计算机，实现集中处理、存储、报警，并送入计算机局域网络。有关领导和部门只要打开各自的计算机，就可通过网页浏览、查询全部监测内容。各类传感器一般都受环境温度影响，为掌握影响程度，进行温度补偿，所有智能传感器都装有温度传感器。系统分为三个网络层次，第一层由智
13、能传感器和监测分站组成，监测分站为主机，通过发送不同的地址（每个智能传感器都设有唯一的地址，地址范围1100）依次控制各智能传感器执行测量工作，并读取和存储其测量数据。智能传感器采用总线集中供电方式，即由监测分站输出一对电源线，给智能传感器供电，而监测分站由防爆电源直接供电；第二层由监测分站与监控计算机组成，监控计算机为主机，通过发送不同的地址（每个监测分站都设有唯一的地址，地址范围1127）依次选通各监测分站，并读取其存储的测量数据；第三层为计算机局域网络，监控计算机兼有文件服务器功能。4.2 主要技术指标1测量井壁压缩的位移传感器为电感调频式，量程1200 mm，精度0.5%FS；2温度传
14、感器为数字式温度计，测量范围0125，误差0.5；3系统巡检周期：30s。局域网防爆电源传感器级M-BUS总线（四芯铠装电缆）监测分站监测分站监控计算机通信接口分站级RS485总线传感器级M-BUS总线（四芯铠装电缆）防爆电源智能传感器图4-1 系统组成5 系统建设的任务、组织和服务承诺5.1 任务煤炭工业济南设计研究院有限公司承担的“梁宝寺煤矿井壁位移量动态监测系统”建设的任务，需梁宝寺煤矿密切协助、配合。煤炭工业济南设计研究院有限公司主要承担监测系统的仪器加工与研制、调试、运行及指导现场的安装，线路与仪器的连接。梁宝寺煤矿主要承担监测系统的井上、下电缆敷设，保护装置的施工及协助安装等有关工
15、作。5.2 组织为保证监测系统建设的真正实现，建议成立系统建设协调小组，协调小组由建设方负责召集成立，协调小组的人员组成、由梁宝寺煤矿、煤炭工业济南设计研究院有限公司共2家单位各派至少2人组成。系统建设期间，各单位必须保证至少1名协调小组成员在施工现场。系统建设协调小组成员的主要职责如下：1参加系统建设协调小组会议，汇报本单位负责的施工和仪器安装的完成情况及出现的问题。2负责领受系统建设协调小组安排的本单位的系统建设任务，并向本单位相关人员通报任务详情。3会同本单位相关人员制定详细的系统建设任务，实施计划，实施方案，全面负责系统建设任务的落实。4针对本单位系统建设过程中出现的可能影响任务正常进
16、行的各种突发事件，及时向系统建设协调小组汇报，并与相关单位进行沟通与工作协调。5系统建设协调小组，根据情况的需要可定期召开例会或临时协调会的形式开展工作。5.3 承诺1提供三年免费现场上门的服务，设备如有故障出现在24小时内赶到现场，免费为各单位培训23人的系统管理员；2做到硬件设备一年免费包换，三年免费保修；3做到免费给用户提供至少两年的软件升级。4. 煤炭工业济南设计研究院有限公司负责研究报告编写，并梁宝寺煤矿共同鉴定、申报奖励。6、近几年井筒监测系统项目一览表序号名 称使用单位备 注1主、副井卸压槽应变自动监测系统改造兴隆庄煤矿2000.8.12主、副井变形远程自动监测系统张双楼煤矿20
17、00.9.163主、副井卸压槽应力与压缩量自动巡查系统兴隆庄煤矿2001.7.104副井卸压槽压缩量自动监测系统张双楼煤矿2001.7.265主井卸压槽扩槽工程破壁注浆压力确定与井壁受力状态安全监测兴隆庄煤矿2001.9.126主、副井罐道缝自动报警系统杨村煤矿2002.7.227副井井筒注浆安全监测系统梁宝寺煤矿2002.8.168西风井卸压槽（内、外）远程自动监测系统兴隆庄煤矿2002.8.289主井井壁注浆受力状态安全监测系统梁宝寺煤矿2003.3.1010东风井卸压槽远程自动监测系统兴隆庄煤矿2003.4.811副井-250m以下井壁注浆受力状态安全监测系统梁宝寺煤矿2003.10.6
18、12主、副井井壁自动监测报警系统杨村煤矿2003.10.813副井地面注浆井壁受力状态安全监测报警系统蔡园煤矿2003.10.314白马河风井卸压槽远程自动监测报警系统南屯煤矿2003.11.1215主、副井变形与副井卸压槽压缩量自动监测系统张双楼煤矿2004.3.816主、副井罐道缝自动监测报警系统鲍店煤矿2004.8.2617副井及南风井卸压槽自动监测系统杨村煤矿2004.9.2918主、副井罐道缝自动监测报警系统兴隆煤矿2004.1.1619主井及东风井卸压槽自动监测系统杨村煤矿2005.4.197 测试施工组织设计7.1 劳动组织和进度安排（1）劳动组织组织机构实行项目组负责人负责制。
19、本监测系统工程属多工种、多工序的综合工程，为了保质保量及安全顺利如期地完成系统的拆除、安装、调试和运行等工程任务，煤炭工业济南设计研究院有限公司仪器仪表研究所与梁宝寺煤矿将成立该监测系统工程的项目课题组。下设协调小组、综合管理组、安全技术组等，详见下图。项目组负责人（甲方1人，乙方1人）协调小组安全技术小组综合管理组系统元器件组装加工组仪器安装组系统联接组系统调试组劳动配备本监测系统工程除地面安装施工可实行白班工作制，井筒内施工要依据现场的实际情况，实行小班（6小时）工作制（每班在进度安排中计算是1天），尽可能的在不影响矿井提升和生产的前提下进行施工作业，因施工现场空间小，施工设备不能重和大，
20、施工人员不能多等原因，所以真正现场施工人员每班只能24人（不含其他配合人员）。（2）进度安排本监测系统工程项目预计工期5个月，不包括无法施工日期。第一阶段：自技术服务合同签订后至2007年11月16日前，乙方购置监测系统的仪器、设计、组装、调试构成系统及软件开发。第二阶段：2007年12月17日前，乙方在甲方的协助下，完成副井井筒内在器件、仪器安装、电缆敷设、线路的联接等。第三阶段：2008年3月6日前，副井井筒监测系统的调试、检查、运行及系统验收。7.2 施工质量保证措施（1）质量控制原则坚持质量第一的原则：井筒工程是矿井的咽喉要道，务必确保质量安全。坚持以人为核心的原则：重点控制人的素质和
21、人的行为，充分发挥人的积极性和创造性，以人的工作质量保证工程质量。坚持预防为主的原则：重点做好事前控制和事中控制。坚持质量标准的原则：施工人员在施工过程中必须严格按设计标准、施工路线、施工安全技术措施和技术交底施工，任何人不能随意改动设计。施工中质检人员要严格把关进行自检，对照规定的质量标准要求进行施工和质量检验，凡不符合质量标准的坚决返工处理，直到合格为止，并做好自检记录。坚持诚信为本、为用户着想的职业道德规范。（2）质量保证措施以劳动组织、施工设备及施工组织等方面。建立质量保障体系，组织严密、精心施工。施工人员素质：本工程施工的人员中，现场指挥和工程技术人员均有6个以上井筒的施工管理，工人
22、均有3个以上井筒施工经验，并熟知本工程质量标准。在施工设计上，不断改进、完善各项技术措施，重视对各项措施的落实到位。与现场指导人员密切配合，虚心接受甲方的检查、指导。7.3 施工安全技术措施（含主井）（1）提升信号管理措施严格执行煤矿安全规程中的有关规定。绞车司机必须持证上岗，运行期间必须有司机在场监护。施工期间，绞车运行必须保持升降平稳，慢速起落，运行速度不大于0.5m/s。井筒信号工及井口信号工、绞车司机必须参加措施学习，对施工位置做到心中有数。必须熟悉提升设备和信号设施等情况。无论是短路离运行，还是交接班绞车运行，井下与井口之间、井口与绞车司机，均必须先手电话联系好运行距离或停车位置后，
23、再发送信号走钩。井筒工作面与地面井口信号设施采用电话、声光信号、对讲机。施工期间信号采用检修信号。提升信号按1停、2上、3下慢速运行。接班后井口信号工应首先与绞车司机联系好，仔细检查试验有关信号设备、设施是否正常，待一切安全可靠后方可正式操作。井口信号工应主动与把钩工密切配合，当把钩工向井口信号工发出发送信号指令后，副井要监视乘人和装罐等情况，在确认一切正常后方可发送信号。信号发出后，井口信号工不得离开信号室，并应密切监测提升容器、钢丝绳、钩头及信号显示系统的情况如发现异常现象，应立即发出停车信号，查明原因处理后，方可重新发送信号。对于事故隐患。必须随即上报有关领导查处。 每天接箕斗或罐笼后，
24、井口信号工与绞车房联系，把箕斗位置调整好，待施工设备和人员都进入箕斗或罐笼顶并拴好保险带后，首先电话告知绞车房本班作业深度，然后打点走钩。箕斗或罐笼运行期间，井口信号工应该在信号房，并手拿对讲机，待井筒对机发出信号时，应立即打点停钩。井筒信号工用对讲电话与井口信号工联系，把箕斗或罐笼调整到合适位置后接通电话，由地面信号工告知绞车房，不再动箕斗或罐笼，并让运输信号工打停点，消掉开车信号。如要再动箕斗或罐笼，必须事先通过电话与绞车房联系。本班施工结束，仪器和工具收好以后，井筒信号工应首先用电话与井口信号工联系，告知井口信号工做好提升前准备或施工期间任何时候需要箕斗或罐笼时，均必须先将有关仪器和工具
25、放牢因，然后才能动箕斗或罐笼。井下信号工用对讲机发出正确提升信号后，井口信号工应首先用电话告知绞车房，然后再打点提升。矿方应考虑井下避灾路线。确需从主井、副井抢险时，应急时间需30min。箕斗或罐笼运行期间与井壁之间的最小间隙值应不小于150mm。（2）上、下井口警戒上井口的仪器、工具要放置整齐，其放置的地点距井口不得小于5m且不会发生滚动。上井口警戒由施工单位负责必须有专人看守，并在井口房门口设警戒线挂警示牌，非工程施工人员严禁进入井口房，以防坠物伤人。矿方设保卫人员。下井口警戒由矿方负责设置，警戒线在下井口以外8m。上层平台禁止有人走动和施工，严防坠物。矿方在下井口警戒完成后，方可交井口给
26、施工单位，只有在施工单位将井口交给矿方后，方可考虑下井口撤警戒。（3）井筒内各种管线保护措施所有参加施工的人员必须了解井筒内的装备情况，掌握各种管线的分布位置，明确保护井筒内管线的重要性。保护井筒内管线应从各个工作环节上着手，严格把关，措施严密。箕斗或罐笼提升前必须收拢并绑扎好各种工作用具，活动管子必须紧固好，提升期间箕斗或罐笼上的物具不得伸出箕斗或罐笼外。（4）主、副井施工期间绞车司机操作规定为确保主井、副井施工人员提升安全，绞车司机必须严格遵守本规定。当班司机必须加强安全工作责任心，服从施工负责人的指挥，严格按信号开车。施工时间按矿方通知，信号一停、二上、三下，一律慢车运行，在两箕斗或罐笼
27、交会段应格外注意。操作时精力要集中，听准信号，起钩要慢，运行要稳，发现异常情况及时停车。在排除异常情况后必须与现场负责人联系好后，方可开车。（5）保证施工人员及设备的安全措施所有参加施工人员必须由施工负责人组织安全培训。经考核合格后方可上岗作业。施工前必须将本措施贯彻至每一个参与施工的人员，并签字。施工前应对井口的杂物、煤（矸）及井口以下至施工段各梯子间的杂物进行清理，谨防杂物坠入井筒伤人。井口的材料、工具要放置整齐，其放置的地点距井口不得少于2m。井口必须有专人看守，并设警戒线，非工程施工人员，严禁进入井口，以防坠物伤人。应保证电话、电铃通讯正常，对讲机作为箕斗或罐笼运行期间的联系工具。当班
28、人员严禁班前或班中喝酒，酗酒者严禁进入井口。所有井筒施工人员都必须配戴安全帽、系安全带，并将安全带系在牢固可靠的地方，所有工作平台上的材料必须安放牢固，使用的工具应妥善放置，手头工具应系留绳。对井下停、送电，必须先取得联系并得到回音后方可进入下一步的操作。开好班前及班后会，布置和总结施工及安全情况，发生不安全因素，及时汇报并积极处理。施工中作好施工原始记录。（6）上下井工具物品清点制度为了防止上、下井物品掉入井筒，确保井筒内装备的安全，特制订上、下物品清点制度。下井仪器必须安放牢固，使用的工具必须系留绳。施工队长和信号工为上、下井工具物品清点责任人。下井物品应事先统一放在指定地点，由信号工做好
29、记录。上井后所有物品必须清点核对，如发现缺少工具物品，应查明原因并追究责任人和施工队长的责任。每天收工前必须对施工现场进行清理。（7）紧急情况下主、副井恢复提升的应急措施为确保矿井生产正常运行，在矿井出现紧急情况下，必要时我方将尽快恢复主井、副井的正常运行。首先接到电话通知后，用5分钟的时间清理施工现场，做好升井前准备，然后再用10分钟时间升井，3分钟时间撤离所有仪器及工器具等。恢复运行时间为18分钟。施工方应急指挥应有专人负责。施工方应急人员为当班施工人员。（8）文明施工及废弃物处理措施仪器库房、材料工具堆放整齐，施工设备整洁完好；井筒内施工，保护好各种电缆、线，保护好各种管路及其他设施；井筒内拆除施工时，应将拆除的仪器、电缆以及其他物品等绑扎牢固，并捆扎在施工平台上提升至井上，严禁坠入井下。保护好箕斗或罐笼提升系统。